雙鴨山市西溝超大型石墨礦的發現過程與啟示

劉喜友，馬山，何欣，李佳鑫

（1.黑龍江省有色金屬地質勘查七〇一隊，黑龍江 哈爾濱 150028；2.中國建筑材料工業地質勘查中心黑龍江總隊，黑龍江 哈爾濱 150040）

0 引言

黑龍江省是我國石墨資源大省，資源儲量居全國之首，資源潛力巨大，資源分布集中，礦石品質優良，資源優勢突出（曲暉等，2019）。根據黑龍江省重點產業發展“十二五”規劃，礦產經濟產業為我省“十大重點產業”之一。為了將礦產經濟打造成我省支柱產業，2015年全省啟動“地質勘查三年專項行動”，雙鴨山市西溝石墨礦普查項目被省國土資源廳納入“三年專項”重點勘查項目。

西溝石墨礦床位于黑龍江省雙鴨山市西南約25 km處，地處雙鴨山市與樺南縣交界處七星砬子東南緣。地理坐標東經130°55′00″～130°59′30″，北緯46°31′15″～46°34′30″。本區大地構造為興凱—布列亞地塊區、老爺嶺地塊、佳木斯板塊樺南隆起中部，雙鴨山斷陷盆地西側（劉喜友等，2018①）。工作區位于佳木斯—牡丹江成礦區，羊鼻山—大盤道石墨、鐵成礦帶上，區域成礦條件較好。

1969—1973年黑龍江省冶金地質勘探公司七〇一隊在工作區北東地段進行鐵礦勘探時發現了羊鼻山大型石墨礦床。2010—2011年，黑龍江省有色金屬地質勘查七〇一隊在該區開展巖金礦預查工作，在查證土壤異常時新發現了17條晶質石墨礦體，初步估算石墨礦物量約86萬t，固定碳平均品位8.10%（劉喜友等，2011②）。

西溝石墨礦床共計探求工業礦體推斷的內蘊經濟資源量和預測的資源量（333）+（334）石墨礦石量33551.19萬t，礦物量2337.61萬t，平均品位6.97%（劉喜友等，2018①）。該礦床資源量規模大，石墨質量好、鱗片大，易采易選，為近年來國內發現的少見的優質超大型晶質石墨礦床。

本文通過對雙鴨山市西溝超大型石墨礦發現過程的研究，希望能夠對今后相似礦種的勘查工作有一定的啟示和示范作用。

1 項目背景

為了加強黑龍江省重要礦產資源的勘查，努力實現地質找礦新的突破，為經濟社會發展提供更加有力的資源保障和基礎支撐，黑龍江省有色地質七〇一隊在申報2013年黑龍江省礦產資源補償費項目時，將黑龍江省雙鴨山市西溝石墨礦普查項目做為重點項目進行申報。由于立項依據充分，找礦前景較好，被黑龍江省國土資源廳列為2013年重點地質勘查項目。

雙鴨山市西溝石墨礦普查項目來源于2009年樺南縣永平崗巖金預查項目，在樺南縣永平崗巖金預查項目實施過程中，項目團隊首先發現了石墨礦體，在提交地質成果報告時一并提交資源量（334？）石墨礦物量86萬t，平均品位8.10%。

根據黑龍江省重點產業發展“十二五”規劃，礦產經濟產業為我省“十大重點產業”之一，為加快我省礦產經濟產業發展，將礦產經濟產業打造成我省支柱產業，2015年1月省人大十二屆四次會議政府工作報告明確部署：“啟動全省地質勘查三年專項行動，加大投入力度，促進全省礦產資源及其深加工加快發展。”根據省領導指示，國土資源廳、財政廳共同提出《2015—2017年黑龍江省地質勘查專項工作部署方案》，經省政府同意，明確省級財政三年投入資金25.759億元，用于地質勘查工作。由于當時雙鴨山市西溝石墨礦普查項目資源潛力較大，有望達到超大型規模，被納入該方案，列為省級重點勘查項目，并分別獲得2015年度和2017年度省地質勘查專項資金支持。

2 西溝石墨礦床簡介

西溝礦區內主要地層為中—新元古界興東巖群大盤道巖組，該地層也是本區的含礦地層。區內侵入巖主要為呈巖基狀產出的古生代二長花崗巖及花崗閃長巖。區內構造以斷裂構造為主，此外，中—新元古界興東巖群大盤道巖組地層在本區呈北西走向、南西傾向單斜構造產出。

全區共圈定2個成礦帶，62條石墨礦體，其中Ⅰ號礦帶37條，Ⅱ號礦帶25條。Ⅰ號礦帶Ⅰ-1、Ⅰ-6號礦體是全區最大的兩條礦體，僅這兩條礦體資源量之和就占全區總資源量的56.2%。Ⅱ號礦帶資源量規模較小，控制程度較低。主礦體Ⅰ-1號礦體控制長度1528 m，真厚度9.76～109.27 m，平均厚度63.85 m，控制延伸416.1 m，固定碳平均品位7.23%；Ⅰ-6號礦體控制長度1382 m，真厚度10.04～157.73 m，平均厚度100.53 m，控制延伸427.69 m，固定碳平均品位6.20%。

通過本次普查，全區共求得工業礦體推斷的內蘊經濟資源量和預測的資源量（333）+（334）石墨礦石量33551.19萬t，礦物量2337.61萬t，平均品位6.97%。推斷的內蘊經濟資源量（333）占資源量總量（333）+（334）為95.22%。

西溝石墨礦床為沉積變質型石墨礦床（江志明，2019），礦體呈層狀、似層狀、透鏡狀產于中—新元古界興東巖群大盤道巖組變質巖中（李寒濱和張冰，2014；胡升奇等，2020）。礦石自然類型主要為石墨片麻巖型，其次為石墨大理巖型（楊聯濤，2019），工業類型均為同一類型——晶質（大鱗片）石墨礦石。

該超大型石墨礦床主要特征：①資源分布集中，資源量估算范圍2.71 km2，主要礦體集中分布在1.71 km2范圍內（圖1），Ⅰ號礦帶Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅰ-6、Ⅰ-8、Ⅰ-9號礦體資源量之和占全區總資源量的79.27%；②礦石品位較高，平均品位6.97%；③石墨晶體片徑大，本區礦石類型以石墨片麻巖型為主，石墨晶體片徑大于100目（0.147 mm）石墨鱗片占66.76%（表1）；④剝采比低，總剝采比1.69∶1；⑤采礦成本低，礦體直接出露于地表，非常適合露天開采；⑥選礦容易，石墨片麻巖型礦石選礦回收率為94.09%，石墨大理巖型礦石選礦回收率為90.94%；⑦潛在經濟價值巨大，鱗片石墨在經濟價值上，相同品位下，大鱗片石墨價格是細鱗片的數十倍，大鱗片石墨又是生產石墨烯的重要原料，具有極高的經濟價值，初步估算礦床潛在經濟價值在1000億元以上。

表1 石墨鱗片分級占有率統計表

圖1 黑龍江省地質構造分區（a）及雙鴨山市西溝石墨礦區Ⅰ號礦帶地質簡圖（b）

3 礦床的發現過程

3.1 勘查突破前資源現狀及找礦思路的確定

雙鴨山市西溝石墨礦普查項目在取得勘查突破前，該普查區為空白區，未發現任何可利用的礦產資源。2009年，黑龍江省有色金屬地質勘查七〇一隊在該普查區開展巖金預查工作，發現 Au異?？傮w規模較小，強度不高，部分為單點異常，Au異常最大值為3.62×10-9，平均值為0.64×10-9，并且金與其他元素異常組合效果也不是很好?？傊?，本次預查工作在巖金找礦方面未能取得任何突破，然而在非金屬石墨找礦上卻取得了較大突破，新發現17條石墨礦體，求得預測的資源量石墨礦石量1067.66萬t，礦物量86.43萬t，平均品位8.10%，從而為項目下一步立項提供了重要的地質依據，確定了項目今后的找礦思路，找礦方向也由巖金轉向非金屬石墨。

3.2 西溝石墨礦的最初發現

黑龍江省雙鴨山市西溝石墨礦普查項目是2009年黑龍江省樺南縣永平崗巖金預查項目的衍生項目。在永平崗巖金預查項目實施過程中，項目團隊在采取土壤樣品時，意外發現部分采樣介質中含有灰黑色物質，光滑且污手，似鉛筆芯。經過仔細觀察、認真研究，項目團隊憑借多年的找礦經驗，最終確定這種物質就是石墨。為了驗證這一猜想，項目團隊一邊查找資料、咨詢專家，一邊組織開展物探激電中梯工作。然而發生了一件奇怪的現象，接收機接收到的信號特別弱，無法正常開展工作，起初項目團隊懷疑是物探儀器問題，當更換儀器后，重新進行測量，收到的信號同樣很弱，于是，項目團隊又選擇不同地段進行測量，還是發生同樣弱信號現象。經過進一步分析，項目團隊認定就是含石墨地層引起的，并推斷該地區存在儲量可觀的石墨礦。

當時，為了驗證這一推斷，項目團隊向上級主管部門申請物探設計變更，建議將激電中梯測量工作改成自然電位測量，然而當時一些業內專家并不認可，甚至提出了質疑，專家認為區內大盤道巖組含礦地層并不發育，即便存在含礦地層，也只不過是規模較小的殘留體，不具備大型石墨礦床的形成條件，最終設計變更申請未獲批復，僅同意物探方法改做大功率激電中梯。一時間，項目陷入了僵局，但項目團隊并沒有氣餒，憑借多年的找礦工作經驗，項目團隊依然堅信最初的判斷。經過深入調查研究，最終在利用槽探工程查證化探異常工作中，發現了多條石墨礦體，為下一步石墨立項提供了重要的地質依據。同時，項目團隊針對本區弱信號范圍較大這一情況進行深入研究，間接的圈定了石墨礦找礦靶區。

4 勘查過程中的創新與探索

4.1 勘查過程中的突破

2013年申請項目續作時，將石墨作為主攻礦種，雙鴨山市西溝石墨礦普查項目正式立項。隨后開展了石墨礦普查工作，通過自電測量圈定自然電位異常8處，其中規模較大的異常有2處，經槽探工程揭露，均發現了較大規模的石墨礦體。2015年，我省啟動地質勘查三年專項，因西溝石墨礦項目資源潛力較大，有望達到超大型規模，被省國土資源廳列為重點勘查項目，先后獲得2015年度和2017年度省財政專項資金支持。

經過近十年的不懈努力，西溝項目團隊在黑龍江省雙鴨山市西溝終于探獲了超大型晶質石墨礦床，礦床成因類型為沉積變質型石墨礦床，礦體呈層狀、似層狀及透鏡狀產于中元古—新元古界興東巖群大盤道巖組變質巖中。礦石類型以石墨片麻巖型為主，屬于大鱗片晶質石墨。項目團隊技術人員通過對本區成礦地電條件進行重點研究，認真總結成礦規律，合理布設探礦工程，地質找礦取得了重大突破。該項目榮獲2018年度“全國十大地質找礦成果”，這是我省國有地勘單位首次獲得這一殊榮，也是國內地質找礦的重大突破，同時也引起了國內制造業的廣泛關注。

4.2 勘查過程中探索

在發現雙鴨山市西溝超大型石墨礦的過程中主要應用激電中梯理論和自然電場法開展物探工作，配合地質填圖，通過探槽對自然電位異常進行重點揭露，發現礦體后再利用鉆探對礦體進行深部控制，建立典型地質剖面模型，指導相鄰剖面及全區工程部署。

技術方面創新點可以歸納為以下兩點：

（1）在物探工作中通過對弱信號現象的研究間接圈定了石墨礦找礦靶區。物探信號采集過程中，經常忽略對較弱信號的分析研究，往往草率地認為接地條件差或方法不適用。然而，在西溝石墨礦的發現過程中，正是項目團隊針對特定范圍內激電中梯信號較弱現象的認真研究，初步圈定了石墨找礦靶區，并大膽預測該地區可能存在較大規模的石墨礦體。

（2）通過自電測量圈定異常，配合地質填圖及異常查證發現興東巖群大盤道巖組含礦地層。石墨礦屬于層控礦床，礦體嚴格受地層控制。以往區域地質圖顯示，當初工作區內并未見到興東巖群大盤道巖組含礦地層。項目團隊通過物探自然電位測量發現8處自電異常，其中1號、4號自電異常規模大、強度高，在補充地質填圖及利用槽探工程對上述自電異常進行查證時取得了重大突破——發現了含石墨礦地層（中—新元古界興東巖群大盤道巖組），填補了工作區內地層缺失的空白，為最終發現潛在經濟價值超千億元的超大型石墨礦奠定理論基礎。

綜上所述，一個不被看好的巖金找礦項目能夠發現超大型石墨礦床，這本身就是找礦方法上的重大突破與創新，這對國內相似礦種的地質找礦工作具有重要的啟示意義。

4.3 勘查過程中的啟示

在項目實施和勘查過程中，項目團隊始終是在探索中前進，在前進中探索。非金屬石墨礦勘查不同于金屬礦勘查，首先是勘查方法不同，物探、化探方法均適用于金屬礦勘查，而非金屬石墨礦的勘查方法較少，其中自然電場法是尋找石墨礦最有效的方法之一（羅小文等，2017）。在前期巖金預查工作中，盡管已經發現了一定規模的石墨礦體，但是要想確定石墨礦體數量、規模、分布范圍，就必須首先借助物探方法。通過自然電場法圈定自然電位異常，再通過地質填圖了解工作區地質構造背景、成礦地質條件，對所圈定的自電異常擇優進行地表槽探工程揭露，同時系統采取各類樣品進行加工、測試，從而圈定礦體，對已發現和新發現的礦體進行深部鉆探驗證，最終對本區成礦潛力做出評價。

由于石墨礦體成礦年代久遠，地表所見石墨礦體風化較強，能夠見到完整石墨礦體的地段較少，因此，確定石墨礦體真實產狀難度較大。又由于石墨礦體在地表容易風化，并易受地形及重力拖曳現象影響，一般地表見到的礦體產狀與實際產狀往往相反，給下一步鉆探驗證帶來了極大地不確定性，這在后面的鉆探工作中已經得到了驗證，進而導致部分鉆孔布設存在順層現象（圖2），這也是本次鉆探工作遇到的瓶頸問題。出現這樣的問題也有另一方面原因，就是該地區沒有明顯的標志地層，地層的連接往往又具多解性，發現這一問題后及時調整了后面的鉆孔布設，并且該地區石墨礦體產狀較陡，前期布設順層的鉆孔均可利用，未造成太大的經濟損失，這也給今后的石墨礦勘查帶來了一定的啟示。

圖2 雙鴨山市西溝石墨礦區0號勘探線地質剖面簡圖

（1）在使用前人地質資料時，既要尊重前人工作成果，也要具有懷疑精神，并敢于堅持自己的觀點。當初物探設計變更時，有人認為工作區內大盤道巖組地層并不發育，不具備大型石墨礦床的形成條件。然而，項目團隊卻敢于堅持自己的觀點，堅信該地區存在規?？捎^的石墨礦。

（2）合理選用找礦方法，獲取地質找礦新的突破。自然電場法是尋找石墨礦床的最有效的方法之一，但是應充分考慮地形、第四系及潛水面等綜合因素對礦體的影響，當礦體頂部低于潛水面時，通常不會產生自電異常。對自電異常一定要進行綜合分析和研判，自電異常之外也有可能存在石墨礦體，必須考慮礦體的延展趨勢。

（3）在對地層產狀判斷不是十分有把握的情況下，一定要謹慎布設探礦鉆孔，當首排鉆孔施工過程中，要及時繪制地質剖面草圖，驗證地層產狀是否正確。西溝礦區鉆探施工經驗告訴我們，地表槽探中見到的地層產狀未必真實，實際工作中一定要靈活運用鉆孔資料，以便指導后排鉆孔布設，避免造成不必要的經濟損失。

5 礦床發現的意義與啟示

黑龍江作為石墨資源大省，加快石墨開發利用，推進資源型省份轉型更是大勢所趨。近年來，黑龍江省高度重視石墨產業發展，將其列為“十大重點產業集群”之一，已成為黑龍江省新的經濟增長點。雙鴨山市西溝超大型石墨礦的發現，對于貫徹落實黑龍江省委省政府做好“三篇大文章”，將石墨產業打造成我省新的支柱產業的決策部署，推動石墨產業持續快速發展，加快培育新的經濟增長點，加快推進資源型省份轉型，助力我省打造新產品和產業化基地，對于推動我省產業結構優化及轉型升級，提供了重要可靠的資源保障，對于振興黑龍江經濟具有重大意義。將來若能盡快實現開發利用必將帶來巨大的經濟效益和社會效益，對增加地方稅收及就業起到極大的促進作用。同時，項目團隊在西溝石墨礦勘查中的探索和創新，對推進全國找礦突破戰略行動也有重要啟示意義。

西溝石墨礦普查項目是由巖金預查項目衍生而來，由此帶給我們一些啟示，就是我們在做找礦勘查項目時，對主攻礦種進行重點勘查研究的同時，還有對其它有成礦潛力的礦種進行綜合研究和評價，為項目下一步工作指明方向。

6 結語

西溝石墨礦床賦礦層位為中—新元古界興東巖群大盤道巖組，礦體呈層狀、似層狀、透鏡狀產于大盤道巖組變質巖中。礦石自然類型主要為石墨片麻巖型，其次為石墨大理巖型，工業類型均為同一類型——晶質（大鱗片）石墨礦石。全區共圈定兩個成礦帶，62條石墨礦體，共求得工業礦體推斷的內蘊經濟資源量和預測的資源量（333）+（334）石墨礦石量33551.19萬t，礦物量2337.61萬t，平均品位6.97%。西溝石墨礦床規模相當于大型石墨礦床下限的20多倍，是近年來國內發現的少見的優質超大型晶質石墨礦床，具有極高的經濟價值，初步估算礦床潛在經濟價值可達1000億元以上。同時石墨又是國家重要的戰略礦產資源，可見西溝石墨礦床具有重要的戰略價值。

本文通過對雙鴨山市西溝超大型石墨礦發現過程的研究與探索，認真總結了雙鴨山市西溝石墨普查項目實現找礦突破的經驗與教訓。項目團隊在勘查過程中全方位搜集各種有價值的找礦信息，通過認真觀察采樣介質中的物質成分首先發現了石墨，合理解釋了激電中梯弱信號現象產生的原因。同時，又通過對本區激電中梯弱信號范圍較大這一情況認真研究，圈定了石墨礦找礦靶區，確定了石墨為今后勘查的主攻礦種，并大膽預測該地區存在規模較大的石墨礦體。經過進一步勘查工作，最終成功實現了地質找礦重大突破。項目團隊在勘查工作中的探索和創新對區域乃至全國找礦突破將會產生重要影響，對國內外相似礦床的發現具有一定的啟示。

注 釋

①劉喜友,張春曉,馬山,何欣,李佳鑫,張德斌,劉犇,曹立冬,程鈺淇,楊廣宇.2018.黑龍江省雙鴨山市西溝石墨礦普查報告[R].黑龍江省有色金屬地質勘查七〇一隊.

② 劉喜友,林正澤,何欣,張德斌,李明輝,趙玉才,王雪松.2011.黑龍江省樺南縣永平崗巖金礦預查報告[R].黑龍江省有色金屬地質勘查七〇一隊.